Protecção contra descargas atmosféricas: aplicação informática de identificação das vulnerabilidades das edificações e de apoio à concepção da protecção

A concepção de instalações eléctricas deve garantir condições de segurança para as pessoas e equipamentos. Para tal é exigida, quer por força de regulamentação ou de normalização, a instalação de dispositivos que garantam a detecção e a protecção contra os defeitos mais comuns nas instalações eléctricas como, por exemplo, as sobreintensidades e as sobretensões. Susceptíveis de criar sobretensões perigosas nas instalações eléctricas, as descargas atmosféricas podem ainda causar danos estruturais elevados, o que, em algumas actividades económicas, torna fundamental a implementação de medidas de protecção contra este fenómeno natural. A protecção contra descargas atmosféricas directas consiste em identificar as vulnerabilidades das estruturas e, nesses locais, implementar dispositivos de captura, direccionamento e escoamento da descarga atmosférica à terra, em condições de segurança. O presente trabalho, desenvolvido no âmbito da dissertação de Mestrado em Engenharia Electrotécnica, visa desenvolver e implementar uma ferramenta computacional, baseada em programas de desenho assistido por computador (CAD) de utilização corrente na área de projecto de arquitectura e de engenharia, que permita, no âmbito de normas internacionais, a análise e implementação de sistemas de protecção em edifícios contra descargas atmosféricas de uma forma rápida e expedita. Baseado num programa CAD 3D, que permite a modelização tridimensional das estruturas a proteger, a ferramenta desenvolvida tentará identificar as suas vulnerabilidades das estruturas às descargas atmosféricas directas, com o intuito de implementar as medidas de protecção mais adequadas do ponto de vista técnico económico. Prevê-se que a ferramenta resultante deste estudo, o Simulador do Modelo Electrogeométrico (SIMODEL), possibilite aos projectistas e particularmente aos alunos das unidades curriculares na área do projecto de instalações eléctricas da Área Departamental de Engenharia de Sistemas e Potencia e Automação (ADESPA) do ISEL, estudar e implementar sistemas de protecção contra descargas atmosféricas (SPDA) baseados na normalização internacional do CENELEC e da IEC, nomeadamente as normas da série 62305.

Modelização de um sistema de simulação de uma aeronave aplicado a uma plataforma electromecânica de Gough-Stewart

Esta tese apresenta o desenvolvimento de um simulador de voo, através da aplicação de um modelo dinâmico de uma aeronave e de sistemas de realidade virtual a uma plataforma electromecânica de Gough-Stewart. Para o efeito, utiliza-se o modelo da aeronave Cessna-172. Neste sentido, apresenta-se o estudo e a análise do sistema de realidade virtual utilizado, confirma-se o funcionamento do modelo matemático da aeronave em ferramenta de cálculo e apresenta-se o modelo da cinemática inversa da plataforma, cuja validação é realizada recorrendo-se a um sensor inercial. Desenvolve-se programação específica para a comunicação entre o software de cálculo numérico e a plataforma electromecânica de Gough-Stewart.

Análise e modelização da rede eléctrica da Ilha de São Vicente: planeamento da rede no horizonte de médio prazo

O objectivo do presente trabalho é o estudo do Sistema de Energia Eléctrica da Ilha de São Vicente em Cabo Verde, bem como a realização de um estudo de planeamento da rede tendo em consideração expectativas em torno da existência de novos pontos de carga, que pela sua natureza e amplitude podem influenciar de forma notória o desenvolvimento da rede no horizonte de médio e longo prazo. Para o efeito foi necessário proceder à caracterização dos elementos que constituem o sistema, como sejam a geração, a rede e as cargas, de forma a poder modelizá-la para efeitos de simulação. Foi realizado um diagnóstico da rede, para um conjunto de cenários típicos de operações da mesma, tendo em consideração os critérios de segurança usualmente adoptados. Posteriormente foi realizado um estudo de planeamento que teve em consideração a localização e características dos novos empreendimentos turísticos a surgir nos próximos anos, bem como a renovação do parque produtor existente. Os resultados obtidos identificam não só os reforços de rede como também a sua melhor calendarização, tendo em consideração a introdução de novos pontos de carga. Não foi objecto de estudo a análise de correntes de curto-circuito, estabilidade, compensação da energia reactiva, entre outros, que devem complementar um estudo deste género

Modelização de um mecanismo de levitação supercondutor para um sistema de volante de inércia comercial

Este trabalho teve como objectivo o estudo de um sistema de levitação magnética com chumaceiras supercondutoras, para utilização numa fonte de alimentação de energia eléctrica ininterrupta, que usa um volante de inércia como sistema de armazenamento de energia. Partindo de um modelo comercial existente, foi modelizada a substituição do sistema de levitação por um sistema com chumaceiras supercondutoras. Foi feito o dimensionamento do magnete permanente e do supercondutor de forma a atingir-se a força de levitação magnética necessária para elevar o rotor da máquina, garantindo simultaneamente a máxima estabilidade do sistema. Os perfis de distribuição do campo magnético no volante de inércia foram modelizados recorrendo ao método dos elementos finitos, através da utilização do software Ansys. O cálculo da força de levitação foi efectuado recorrendo ao software MATHEMATICA.

Modelização de um dispositivo de travagem automático de via, através do método dos elementos finitos

Apresenta-se a modelização, através do Método dos Elementos Finitos, de um sistema de proteção automática de comboios, denominado DTAV – Dispositivo de Travagem Automático de Via. A modelização é realizada com o auxílio do software Ansys 13.0. Descreve-se a evolução histórica dos sistemas de proteção automática de comboios, desde a época vitoriana até à atualidade. São categorizados os vários tipos de sistemas de proteção existentes, consoante as suas funcionalidades e os seus princípios físicos de funcionamento. É apresentada uma breve descrição da normalização em vigor, aplicada aos sistemas de proteção automáticos de comboios. Descreve-se em pormenor o sistema DTAV, nomeadamente a sua funcionalidade, o seu princípio físico de funcionamento e o conjunto de equipamentos de que é constituído. Apresenta-se uma breve introdução sobre o método dos elementos finitos, enquadrando o modelo criado com os princípios físicos em que se fundamenta, nomeadamente através da descrição das equações de eletromagnetismo. Desenvolve-se modelo do sistema DTAV, evidenciado as etapas da construção e os resultados obtidos, validados por um conjunto de especificações e ensaios prévios realizados em laboratório.

FMRI 3D registration based on Fourier space subsets using neural networks

In this work, we present a neural network (NN) based method designed for 3D rigid-body registration of FMRI time series, which relies on a limited number of Fourier coefficients of the images to be aligned. These coefficients, which are comprised in a small cubic neighborhood located at the first octant of a 3D Fourier space (including the DC component), are then fed into six NN during the learning stage. Each NN yields the estimates of a registration parameter. The proposed method was assessed for 3D rigid-body transformations, using DC neighborhoods of different sizes. The mean absolute registration errors are of approximately 0.030 mm in translations and 0.030 deg in rotations, for the typical motion amplitudes encountered in FMRI studies. The construction of the training set and the learning stage are fast requiring, respectively, 90 s and 1 to 12 s, depending on the number of input and hidden units of the NN. We believe that NN-based approaches to the problem of FMRI registration can be of great interest in the future. For instance, NN relying on limited K-space data (possibly in navigation echoes) can be a valid solution to the problem of prospective (in frame) FMRI registration.

3D-2D image registration by nonlinear regression

We propose a 3D-2D image registration method that relates image features of 2D projection images to the transformation parameters of the 3D image by nonlinear regression. The method is compared with a conventional registration method based on iterative optimization. For evaluation, simulated X-ray images (DRRs) were generated from coronary artery tree models derived from 3D CTA scans. Registration of nine vessel trees was performed, and the alignment quality was measured by the mean target registration error (mTRE). The regression approach was shown to be slightly less accurate, but much more robust than the method based on an iterative optimization approach.

Caracterização e modelação de fissuras em edifícios utilizando 3D laser scanning, com vista à sua reabilitação

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Helical tomotherapy versus 3D conformal radiotherapy in dosimetric planning for patients with localized prostate cancer

Radiotherapy is one of the therapeutics selected for localized prostate cancer, in cases where the tumour is confined to the prostate, penetrates the prostatic capsule or has reached the seminal vesicles (T1 to T3 stages). The radiation therapy can be administered through various modalities, being historically used the 3D conformal radiotherapy (3DCRT). Other modality of radiation administration is the intensity modulated radiotherapy (IMRT), that allows an increase of the total dose through modulation of the treatment beams, enabling a reduction in toxicity. One way to administer IMRT is through helical tomotherapy (TH). With this study we intent to analyze the advantages of helical tomotherapy when compared with 3DCRT, by evaluating the doses in the organs at risk (OAR) and planning target volumes (PTV).

Logarithmically proportional objective function for planar surfaces recognition in 3D point cloud

3D laser scanning is becoming a standard technology to generate building models of a facility's as-is condition. Since most constructions are constructed upon planar surfaces, recognition of them paves the way for automation of generating building models. This paper introduces a new logarithmically proportional objective function that can be used in both heuristic and metaheuristic (MH) algorithms to discover planar surfaces in a point cloud without exploiting any prior knowledge about those surfaces. It can also adopt itself to the structural density of a scanned construction. In this paper, a metaheuristic method, genetic algorithm (GA), is used to test this introduced objective function on a synthetic point cloud. The results obtained show the proposed method is capable to find all plane configurations of planar surfaces (with a wide variety of sizes) in the point cloud with a minor distance to the actual configurations. © 2014 IEEE.

Numerical 3D modeling of heat transfer in human tissues for microwave radiometry monitoring of Brown fat metabolismo

Background: Brown adipose tissue (BAT) plays an important role in whole body metabolism and could potentially mediate weight gain and insulin sensitivity. Although some imaging techniques allow BAT detection, there are currently no viable methods for continuous acquisition of BAT energy expenditure. We present a non-invasive technique for long term monitoring of BAT metabolism using microwave radiometry. Methods: A multilayer 3D computational model was created in HFSS™ with 1.5 mm skin, 3-10 mm subcutaneous fat, 200 mm muscle and a BAT region (2-6 cm3) located between fat and muscle. Based on this model, a log-spiral antenna was designed and optimized to maximize reception of thermal emissions from the target (BAT). The power absorption patterns calculated in HFSS™ were combined with simulated thermal distributions computed in COMSOL® to predict radiometric signal measured from an ultra-low-noise microwave radiometer. The power received by the antenna was characterized as a function of different levels of BAT metabolism under cold and noradrenergic stimulation. Results: The optimized frequency band was 1.5-2.2 GHz, with averaged antenna efficiency of 19%. The simulated power received by the radiometric antenna increased 2-9 mdBm (noradrenergic stimulus) and 4-15 mdBm (cold stimulus) corresponding to increased 15-fold BAT metabolism. Conclusions: Results demonstrated the ability to detect thermal radiation from small volumes (2-6 cm3) of BAT located up to 12 mm deep and to monitor small changes (0.5°C) in BAT metabolism. As such, the developed miniature radiometric antenna sensor appears suitable for non-invasive long term monitoring of BAT metabolism.

O tratamento de metástases ósseas de fração única vs múltiplas frações com 3D CRT ou SBRT: artigo de revisão sistemática

Introdução – A escolha do tratamento depende de vários fatores, incluindo o estado clínico e prognóstico de cada doente. Estes fatores desempenham um papel importante na escolha da intervenção terapêutica em metástases ósseas. A deteção precoce e o tratamento adequado podem melhorar a qualidade de vida e independência funcional dos doentes. Metodologia – Este artigo pretende realizar uma revisão sistemática da literatura dos últimos 15 anos, identificando os diferentes tipos de fracionamentos (fração única versus múltiplas frações) e técnicas utilizadas em radioterapia no tratamento de metástases ósseas. Resultados – Os recentes avanços na tecnologia e nas técnicas de tratamento de radioterapia ajudam na distribuição de doses altamente conformacionais e com orientação por imagem para uma entrega mais precisa do tratamento. A radioterapia estereotáxica corporal (SBRT, do acrónimo inglês stereotactic body radiotherapy) permite delimitar e aumentar a dose nos tumores a irradiar. No caso das metástases ósseas, os resultados de controlo local do tumor e da dor têm-se revelado promissores. A radioterapia convencional de 8Gyx1, no entanto, continua a ser o tratamento mais indicado nos doentes paliativos. Conclusão – O tratamento de metástases ósseas é complexo e uma abordagem multidisciplinar é sempre necessária. O tratamento deve ser individualizado para se adequar aos sintomas e estado clínico de cada doente.

Electrochemical response of 70Co-30Ni highly branched 3D-dendritic structures for charge storage electrodes

A 70Co-30Ni dendritic alloy was produced on stainless steel by pulse electrodeposition in the cathodic domain, and oxidized by potential cycling. X-ray diffraction (XRD) identified the presence of two phases and scanning electron microscopy (SEM) evidenced an open 3D highly branched dendritic morphology. After potential cycling in 1 M KOH, SEM and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed, respectively, the presence of thin nanoplates, composed of Co and Ni oxi-hydroxides and hydroxides over the original dendritic film. Cyclic voltammetry tests showd the presence of redox peaks assigned to the oxidation and reduction of Ni and Co centres in the surface film. Charge/discharge measurements revealed capacity values of 121 mAh g(1) at 1 mA cm(2). The capacity retention under 8000 cycles was above 70%, stating the good reversibility of these redox materials and its suitability to be used as charge storage electrodes. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectra, taken under different applied bias, showed that the capacitance increased when the electrode was fully oxidized and decreased when the electrode was reduced, reflecting different states-of-charge of the electrode. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Processing and characterization of 3D dense chitosan pieces, for orthopedic applications, by adding plasticizers

In this work, plasticizer agents were incorporated in a chitosan based formulation, as a strategy to improve the fragile structure of chitosan based-materials. Three different plasticizers: ethylene glycol, glycerol and sorbitol, were blended with chitosan to prepare 3D dense chitosan specimens. The properties of the obtained structures were assessed for mechanical, microstructural, physical and biocompatibility behavior. The results obtained revealed that from the different specimens prepared, the blend of chitosan with glycerol has superior mechanical properties and good biological behavior, making this chitosan based formulation a good candidate to improve robust chitosan structures for the construction of bioabsorbable orthopedic implants.

Estimation of 3D shapes using active surface models

This paper addresses the estimation of surfaces from a set of 3D points using the unified framework described in [1]. This framework proposes the use of competitive learning for curve estimation, i.e., a set of points is defined on a deformable curve and they all compete to represent the available data. This paper extends the use of the unified framework to surface estimation. It o shown that competitive learning performes better than snakes, improving the model performance in the presence of concavities and allowing to desciminate close surfaces. The proposed model is evaluated in this paper using syntheticdata and medical images (MRI and ultrasound images).